С тех пор как в 2011 году сканеры отпечатков пальцев начали появляться в массовых смартфонах прошло уже достаточно много времени и теперь они являются неотъемлемой частью большинства телефонов. Такой тип разблокировки быстр, удобен и довольно безопасен поскольку сами отпечатки пальцев уникальны для каждого человека (за крайне редким исключением).
Вместе с тем существует несколько типов сканеров: некоторые из них полагаются на свет, другие на электричество, а третьи на звук для создания карты гребней и впадин отпечатка. Емкостные (электрические) сенсоры крайне популярны в смартфонах потому что они довольно точны, быстры и имеют небольшой размер. Однако оптические и ультразвуковые датчики позволяют располагать их под экраном. Но что же на самом деле происходит за те считанные доли секунд, когда вы прикладываете палец к сканеру?
Оптические сканеры отпечатков пальцев
Наиболее простой тип сканеров отпечатков пальцев работает по схожему с цифровой камерой принципу. Если упростить этот процесс, то можно сказать, что сканер создает изображение вашего пальца и передает его на обработку. Основная идея заключается в следующем:
- Сканер ярко освещает ваш палец используя светодиоды и делает снимок
- Если изображение получилось слишком темным или наоборот светлым, то сенсор подстраивает экспозицию и пробует снова
- Он также проверяет чередуются ли темные и светлые области таким образом, чтобы это соответствовало четко различимым гребням и впадинам отпечатка пальца.
- Если картинка четкая, то изображение можно обрабатывать
Такой тип сканеров наиболее распространен в аэропортах и охраняемых входах, но не часто применяется в смартфонах, где предпочитают более надежные емкостные сенсоры меньшего размера.
Исключение составляют смартфоны со сканерами отпечатков пальцев под дисплеем. В некоторых из них для получения изображения применяют оптические сенсоры, в других ультразвуковые. Вместе с тем даже здесь оптические сенсоры проигрывают ультразвуковым, которые хоть и медленнее, но устойчивы к попыткам обхода при помощи 2D изображения отпечатка пальца.
Емкостные сканеры отпечатков пальцев
Когда вы прикладываете палец к емкостному сканеру, он использует крошечное напряжение, чтобы измерить расстояние между различными частями вашего пальца и сканером. Внутри сенсора располагаются ряды небольших конденсаторов, каждый из которых способен нести электрический заряд. Если один из них находится под гребнем отпечатка, то он способен сохранить больше заряда, поскольку контактирует с кожей. Если конденсатор находится под впадиной, то он будет оставаться в контакте с воздухом, что не позволит хранить ему дополнительный заряд.
Представьте себе эти конденсаторы в виде пикселей на матрице камеры. В конечном итоге это позволяет получить изображение отпечатка пальца настолько же точное, как полученное от оптического датчика и даже более надежное поскольку здесь применяется 3D модель. Учитывая также и небольшой размер сенсора это делает такой тип сканеров самым популярным среди производителей.
Ультразвуковые сканеры отпечатков пальцев
Ультразвуковые сенсоры излучают высокочастотный звуковой импульс, который затем отражается от пальца назад к сканеру. Такой датчик отслеживает интенсивность возвращающегося импульса в разных точках пальца и может использовать эти данные для расчета расположения гребней и впадин. Это немного схоже с тем, как летучая мышь ориентируется в пространстве за счет эхолокации.
Поскольку при помощи звуковых волн можно измерить глубину впадин отпечатка пальца, то в результате сканер формирует 3D модель, что делает такой вид сенсоров еще более точными и безопасными (пусть даже и немного более медленными), чем емкостные сканеры. Ультразвуковые сенсоры также могут работать под дисплеем поскольку звук проходит сквозь материалы. Таким образом подобные сканеры являются более надежной альтернативой оптическим сенсорам.
Анализ, хранение и использование отпечатков пальцев.
После получения изображения отпечатка пальца любым из способов, его необходимо сравнить с эталонным, чтобы авторизовать пользователя. Чаще всего в смартфонах применяется метод сравнения по особым точкам. На каждом изображении выделяются особые точки, а затем составляется их временная карта. После чего, сравнивая количество совпадающих точек применяется решение об идентичности отпечатков.
Такой алгоритм относительно прост в реализации и имеет высокую скорость работы. Поэтому большинство производителей предпочитают использовать именно его.
Насколько безопасны сканеры отпечатков пальцев?
К сожалению, стоит признать, что использование сканеров отпечатков пальцев не является 100% гарантией безопасности. Сенсоры зачастую можно обмануть, используя качественную 2D или 3D модель пальца. Также необходимо отметить, что мы сами оставляем свои отпечатки повсюду.
Конечно компании заинтересованы в обеспечении большей безопасности пользователей, поэтому активно занимаются разработкой протоколов безопасности и совершенствуют сенсоры. В будущем ультразвуковые сканеры должны предоставить наибольшую степень защиты, а их возможность работы под дисплеем станет приятным дополнением любого устройства.
